año 2 / número 9 / enero-marzo 2016 / $70 - fide.org.mx · néstor l. díaz consejo nacional de...

ADECUACIONES A LA NOM-020-SENER-2011

Las viviendas en clima cálido destinan 30% del consumo para alcanzar

el confort térmico

INNOVACIÓN EN ENERGÍAS RENOVABLES

Los CEMIE desarrollan tecnologías para

aprovechar el potencial energético de México

El aeropuerto de cochín apuesta

por el solIndia posee la primera

terminal aérea que funciona solo con energía solar

CASOS DE ÉXITO FIDE

Economizadores de aire acondicionado traen grandes ahorros a un gimnasio en Zapopan

Año

2 / N

úmer

o 9

/ Ene

ro-M

arzo

201

6 / $

70

C a r t ó n

G e o t e r m i a

C a r t a e d i t o r i a l

Comité TécnicoLuis Zárate RochaPresidente

Gabriel Andrés Ibarra ElorriagaVicepresidente

Manuel Herrera VegaConfederación de Cámaras Industriales de los Estados Unidos Mexicanos

Gustavo Adolfo Arballo LujánCámara Mexicana de la Industria de la Construcción

Sergio Valdés RamírezCámara Nacional de Manufacturas Eléctricas

Rodrigo Alpízar VallejoCámara Nacional de la Industria de Transformación

Mario Luis Salazar LazcanoCámara Nacional de Empresas de Consultoría

Víctor Fuentes del VillarSindicato Único de Trabajadores Electricistas de la República Mexicana

Roberto Vidal LeónComisión Federal de Electricidad

Odón de Buen RodríguezComisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía

Víctor Manuel Téllez LandartNacional Financiera (Sociedad Nacional de Crédito)

Fernando Senderos MestreVocal

Javier Ramírez OteroVocal

Enrique Wiechers de la LamaVocal

Ramiro Lozano CantúVocal

Consejo EditorialJorge Toro GonzálezPresidente del Consejo

Gerardo Contreras PuenteInstituto Politécnico Nacional

Hernando Romero Paredes RubioUniversidad Autónoma Metropolitana

José Luis Fernández ZayasGladys Dávila NúñezInstituto de Investigaciones Eléctricas

Luis Carlos Gutiérrez NegrínCentro Mexicano de Innovación en Energía Geotérmica

Marco Antonio Borja DíazCentro Mexicano de Innovación en Energía Eólica

José Alberto Valdés PalaciosAsociación Nacional de Energía Solar

Mariano López de HaroInstituto de Energías Renovables de la Universidad Nacional Autónoma de México

Néstor L. DíazConsejo Nacional de Ciencia y Tecnología

Pedro Quinto DiezEscuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica del Instituto Politécnico Nacional

Odón de Buen RodríguezIsrael Jáuregui NaresComisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía

Rogelio Sotelo BoyásCentro Mexicano para la Producción más Limpia del Instituto Politécnico Nacional

Yasuhiro Matsumoto KuwawaraCentro de Investigación y de EstudiosAvanzados del Instituto Politécnico Nacional

Arturo Cepeda SalinasAuronix

Miguel Tufiño VelázquezInstituto Politécnico Nacional

Guillermo Manuel Urriolagoitia CalderónInstituto Politécnico Nacional

FIDERaúl Talán RamírezDirector General

Jaime J. Arceo CastroSubdirector Técnico

José Antonio Urteaga DufourSubdirector de Programas

Jesús Cedeño BlanquetSubdirector de Coordinación Regional

Armando López MartínezSubdirector de Administración y Finanzas

Mónica Adriana Ledón RuizTitular de la Unidad de Comunicación

Miguel Peyrefitte FerreiroTitular de la Unidad Jurídica

Roberto Solís MoránTitular de la Unidad de Contraloría

Revista Eficiencia Energé[email protected]

Ismael Flores RuvalcabaResponsable de la edició[email protected]

Luis Franco Santaella [email protected]

Diseño EditorialLa Aldea. Consultoría editorial y gráfica3 Sur 4106-7 col. Huexotitla C.P. 72534Puebla, Pue. Tel. (222) 863 68 [email protected] Álvarez / Directora de arteBajo control del FIDE

EFICIENCIA ENERGÉTICA, año 2, Número 9, periodo enero-marzo de 2016, es una revista trimestral publicada por el Fideicomiso para el Ahorro de Energía Eléctrica (FIDE). Oficinas en Mariano Escobedo N° 420, col. Anzures, CP. 11590, México D.F., tel. (55) 1101 0520. Distribuida por Cactus Display, S.A. de C.V. Dir. Vallarta No. 50-A, col. Coyoacán, del. Coyoacán, C.P. 04020, México D.F., tel: 5554 0457. Todos los derechos de reproducción de los textos aquí publicados están reservados por EFICIENCIA ENERGÉTI-CA. ISSN: 2007-7505. Número de Certificado de Reserva de Derechos de Uso Exclusivo del Título: 04-2013-061814473600-102, ambos otorgados por el Instituto Nacional de Derecho de Autor. Número de certificado de licitud de título y con-tenido No. 15968. Impresor: Cactus Display S.A. de C.V. Dir. Vallarta No. 50-A, col. Coyoacán, del. Coyoacán, C.P. 04020, México D.F., tel: 5554 0457. Este número se terminó de imprimir en febrero de 2016 con un tiraje de 5 000 ejemplares. Distribuido a través de Servicio Postal Mexicano en su C.A.I. ubicado dentro de las instalaciones del impresor. Los artículos firmados son responsabilidad única y exclusivamente de sus autores, y no reflejan nece-sariamente el punto de vista del Fideicomiso para el Ahorro de Energía Eléctrica (FIDE). Se prohíbe su reproducción total o parcial.

DIRECTORIO

MÁS QUE PROMESASLa eficiencia energética tiene un papel destacado en el panorama actual y las prospectivas a futuro, tanto de la generación como del consumo de energía eléctrica.

Por un lado, la emergencia de nuevos materiales ofrece posibilidades tecnológicas antes insospechadas. Más que ello, estamos ante nuevas formas de entender, manipular o emplear dichos materiales —como el grafeno, cuya estructura hexagonal se muestra en la portada de esta edición—, que permiten perfilar un aumento considerable de niveles de eficiencia energética durante la generación de energía.

Por el otro, diversas regulaciones en México y alrededor del mundo empujan los límites de la tecnología y el mercado con la finalidad de que los bienes de consumo —desde un batería hasta un rascacielos— empleen menos y de mejor forma la energía. Tal es el caso de la NOM-020-SENER-2011, diseñada para potenciar la eficiencia energética de la en-volvente de edificaciones de uso habitacional, y cuyo proceso de revisión y adecuación se realiza en diálogo con todos los actores públicos y privados del sector de la construcción e involucrados en el tema.

De esta forma, la búsqueda por el aumento de los niveles de eficiencia, tanto en la pro-ducción como en el consumo de energía eléctrica, está convirtiendo las promesas a futuro en certidumbres cada vez más cercanas.

C o n t e n i d o

C a r t ó n / 1Geotermia

I n v e s t i g a c i ó n / 4Nuevos materiales: claves en el futuro de la generación eléctrica eficiente y sustentableGracias al desarrollo de nuevos materiales, la generación termoeléctrica directa empieza

a suponer algo más que una promesa. Dada la intensificación de la investigación en

este campo, es posible que la década de 2020 inicie con dispositivos que aprovechen el

calor de múltiples sistemas. En el presente artículo se dibujan las líneas sobre las que

la investigación en generación termoeléctrica avanza de forma acelerada.

D i f u s i ó n / 1 4Cumplimiento con la NOM-020-ENER-2011 utilizando diferentes tecnologías en la envolvente sin inversión adicional En México, 30% del consumo de energía en el sector doméstico se destina al confort

térmico de las viviendas ubicadas en clima cálido; es decir, cerca de 45% de los ho-

gares. Por ello es importante revisar el proceso de creación, aplicación y adecuación

de la normativa vigente.

D i f u s i ó n / 2 0Innovación en fuentes renovables de energía en México: los CEMIELos Centros Mexicanos de Innovación en Energía (CEMIE) son agrupaciones confor-

madas por diversas instituciones públicas y privadas, con el objetivo de desarrollar

tecnologías que aprovechen el potencial del país en las principales energías limpias

y renovables.

I n t e r n a c i o n a l / 3 0India: el aeropuerto verdeEl aeropuerto de Cochín, en India, es la primera terminal aérea que funciona exclusiva-

mente con energía solar. Gracias a su instalación fotovoltaica, este “aeropuerto verde”

es capaz de producir un promedio de 52 000 kWh al día.

C a s o s d e é x i t o F I D E / 3 4Economizadores de aire acondicionado: excelente opción para disminuir el tiempo de uso de equiposGracias a la implementación de economizadores de aire acondicionado, el club deportivo

Vivo47, en la zona metropolitana de Guadalajara, Jalisco, logró ahorrar más de la mitad

de la energía eléctrica que consumía el equipo anterior.

¿ S a b í a s q u e . . . ? / 4 2La innovación en la generación de energía eléctrica no conoce límites.

B i t á c o r a / 4 4Calendario de eventos de enero a marzo de 2016.

Colaboracon nosotros

La revista Eficiencia Ener-gética está en permanente búsque-da de colaboradores. La convocatoria está abierta para la recepción de tex-tos científicos (ya sean análisis de ca-sos, investigaciones originales, avances de investigación o artículos de difusión científica) que versen sobre algún tema relacionado con la eficiencia energética.

Consulta los lineamientos temáticos y de estilo en la sección de la revista Eficiencia Energética dentro del sitio web del FIDE (www.fide.org.mx) o so-licítalos en el correo [email protected]

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I n v e s t i g a c i ó n

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REE 09, año 2, enero-marzo de 2016, 10 páginasISSN 2007-7505, FIDE, México

NUEVOS MATERIALES: CLAVES EN EL FUTURODE LA GENERACIÓN ELÉCTRICA EFICIENTEY SUSTENTABLE

Por José Fabián Plaza Fernández

El autor es doctor en Electrónica y Telecomunicaciones con especialidad en Física del Estado

Sólido para Aplicaciones Electrónicas y Energéticas por la Universidad de Vigo. Actualmente se

desempeña como director general de Omnia Securita. Puede ser contactado en el correo fabian.

[email protected]

Gracias al desarrollo de nuevos materiales, la generación termoeléctrica directa empieza a suponer algo más que una promesa. Dada la intensificación de la investigación en este campo, es posible que la década de 2020 inicie con dispositivos que aprovechen el calor de múltiples sistemas. En el presente artículo se dibujan las líneas sobre las que la investigación en generación

termoeléctrica avanza de forma acelerada.

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R E E 0 9 / a ñ o 2 / e n e r o - m a r z o 2 0 1 6

S i se analizan todas las fuentes de energía involucradas en la generación eléctrica, resulta sorprendente que la mayor parte sea generada a través de fuentes térmicas. Algunas, como la nuclear, no deja de ser un meca-nismo más de generación de energía térmica. Solo la hidroeléctrica y la

eólica son fuentes no térmicas junto a otras tecnologías más marginales (no por ello menos prometedoras) como la energía de las mareas y las olas.

Sin embargo, es todavía más significativo que, a excepción de la energía so-lar fotovoltaica, el resto de las tecnologías conviertan las fuentes térmicas y no térmicas en energía mecánica; último estado antes de su conversión final en energía eléctrica a través de generadores de fuerza electromotriz (f.e.m.), como se observa en la figura 1.

Esquema de conversiones energéticas por naturaleza

Competitividad económica:* Pobre** Baja, pero en vías de mejora*** Aceptable**** Competitiva***** Muy competitiva

Energía potencial gravitatoriaMov. agua

Viento

Hidroeléctrica (*****)Mareas, olas (*)Eólica (***)

Bajas temperaturas: Termoeléctrica (*)Altas temperaturas: TPV Termosolar (**)

Altas temperaturas: Termoiónica (**)(“Verde” si la fuente térmica es verde)

Fotones SolSolar fotovoltaica (**)

Agua o airecaliente

Generadorf.e.m.

(*****)(*)

(***)(*****)

(***)(**)(**)(**)

NuclearCarbón y otros sólidosHidrocarburos líquidosGas naturalCogeneración convencionalReciclaje de residuosGeotérmicaTermosolar con turbinas

ENERGÍA TÉRMICA

ENERGÍAMECÁNICA

(turbina, rotor)ELECTRICIDAD

Figura 1. Elaboración del autor.

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En México, cerca de 90% de la electricidad generada tiene origen térmico, según datos de la Comisión Fede-ral de Electricidad (CFE). Esto significa que estamos “condenados” a la eficiencia de dos procesos: conversión de la energía térmica en mecánica, y de esta última a eléctrica. Si bien la conversión de energía mecánica en eléctrica tiene eficiencias muy altas (del orden de 90%), conceptualmente no deja de ser un conjunto de tecnologías basadas en principios físicos del siglo XIX (como la inducción electromagnética) y otros modelos construidos por Nikola Tesla a principios del XX. En peor situación se encuentra el proceso de conversión de energía térmica a energía mecánica, sujeto a las li-mitaciones de la termodinámica definida por Carnot en 1824.

Resulta chocante que sigamos dependiendo del inefi-ciente ciclo de las máquinas térmicas, donde la tecnolo-gía solo puede aproximarse asintóticamente a los límites teóricos, normalmente por debajo de 50%.

Si se analiza la eficiencia exclusivamente desde el punto de vista energético, las energías hidroeléctrica y eólica, y otras con un posible desarrollo futuro como las mareas o las olas, ocupan la cúspide de la eficiencia

global al disponer de energía mecánica (el viento en el caso de la eólica y la energía potencial gravitatoria en el de la hidroeléctrica), al no “sufrir” a Carnot ni otro proceso de conversión intermedio.

Si bien la generación hidroeléctrica es adaptable a la demanda, dado que se puede controlar la generación siempre que haya agua embalsada, no sucede lo mismo con la eólica, siempre sujeta a los caprichos del dios Eolo —o Ehécatl, que nos queda más próximo—, padeciendo las consecuencias indeseadas de la aleatoriedad en la generación o la necesidad de almacenamiento —la otra gran cuestión a abordar en este campo—.

En cuanto a la conversión de energía solar fotovoltai-ca (el único caso de generación directa desde una fuente “libre” y verde, como el sol), lleva una evolución positiva en la carrera del costo-eficiencia, o lo que es más rele-vante: el costo por watt generado.

Recientemente se superó, a la baja, la barrera del dólar por watt incluso en pequeñas instalaciones, al-canzando niveles de eficiencia superiores a 35% en la última generación de celdas fotoeléctricas. Sin embargo, el almacenamiento, como en el caso de la generación eólica, continúa siendo su talón de Aquiles.

SI SE ANALIZAN LAS FUENTES

DE ENERGÍA INVOLUCRADAS EN

LA GENERACIÓN ELÉCTRICA,

RESULTA SORPRENDENTE

QUE LA MAYOR PARTE SEA

GENERADA A TRAVÉS DE

FUENTES TÉRMICAS

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La eficiencia de las conversiones de origen térmico varía entre 20% y 25% en motores o cal-deras simples, a 33% de media en sistemas de ciclo simple de combustible líquido o gas, y hasta 45% o 50% en el caso del ciclo combinado de gas.

Al tener en cuenta que el gas natural se mantiene indexado a otros combustibles con un precio más bajo (al menos en origen) por unidad de energía térmica (MMBTU o millón de BTU), resulta obvio que los procesos de conversión más eficientes (como el ciclo combinado) también son los más baratos en cuanto a costo marginal por unidad producida. Aun atendiendo a la amortización de las inversiones necesarias, el gas natural sigue siendo el combustible ideal en costos (hasta tratándose de conversiones con ciclo simple) e incluso en menores emisiones y contribución al CO2 por kWh producido.

Pero, ¿qué hay de las demás posibilidades? ¿Son realmente tan marginales que ni siquiera aparecen citadas en el texto? No, por el contrario, son el objeto de esta reflexión.

Generación eléctrica directa desde fuentes térmicas (TEG o Thermoelectric Generation)

¿Podría imaginarse aprovechar la energía geotérmica —de la que México es el cuarto productor mundial— de forma directa, sin vapor, ni turbinas, ni alternador, tan solo con los cables eléctricos saliendo del pozo con la energía eléctrica disponible?

¿O quizá aprovechar el calor de todo tipo de hornos, desde los utilizados en la fundición de metales hasta los caseros donde se elabora el pan? ¿O tal vez aprovechar el calor generado por los propios motores o calderas de generación térmica actuales? Y, por qué no, ¿podría lograrse quemando gas natural en una cámara de combustión perfectamente aislada, con pérdidas míni-mas? Y todo sin pasar por la energía mecánica intermedia, causante de la mitad de las pérdidas de eficiencia y rubro predominante de gran parte de la inversión y de los costos de operación.

Estas tecnologías pueden parecer aun muy lejanas o más propias de la ciencia ficción, tal y como sucedía con los teléfonos celulares y el internet hace menos de 30 años. Vale la pena analizar brevemente qué está pasando en este campo.

Hay tres tipos básicos conocidos de generación eléctrica de forma directa desde una fuente térmica:• Generación termoeléctrica propiamente dicha, basada en los efectos Seebeck-Peltier-Thom-

son. Son las popularmente conocidas como celdas Peltier.• Generación termoiónica, basada en la emisión de electrones en el vacío de cualquier cuerpo

caliente. Fundamento de los antiguos tubos electrónicos (sustituidos por los transistores), del magnetrón del horno de microondas doméstico, del tubo de ondas progresivas (TWTA) de un radar o de la futura propulsión iónica de naves espaciales.

• Celdas TPV (thermo photovoltaic). Muy similares a las celdas solares, pero basadas en la radiación (térmica) de una fuente muy caliente (radiación de cuerpo negro de Planck).

Todas adolecen de un bajo o muy bajo rendimiento, además de necesitar de muy altas tem-peraturas en algunos casos… pero internet también era muy lento al principio. Después de un tiempo, los progresos dejan de ser lineales para crecer exponencialmente debido a los esfuerzos de investigación y desarrollo que se multiplican día a día en esta disciplina.

Por ello, no está de más realizar un rápido recorrido por el estado del arte.

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Generación termoeléctrica

Un termopar se construye uniendo dos metales diferentes (por ejemplo, níquel+cromo con cobre o aluminio), el cual es capaz de generar una pequeña diferencia de potencial en sus extre-mos si se aplica calor en la unión. De hecho, se utilizan para medir la temperatura de la unión según el potencial medido en sus extremos. Una celda Peltier consta de dos placas aislan-tes eléctricamente, pero conductoras de calor, entre las que se intercalan muchos termopares en serie-paralelo construidos por uniones de diferentes materiales. Las celdas Peltier tienen un funcionamiento reversible, esto es, aplicando calor a una de las caras y refrigerando la otra, es decir, manteniendo una diferencia de temperatura entre ellas, genera un potencial eléc-trico entre sus caras y viceversa, haciendo pasar una corriente eléctrica entre las uniones se genera una diferencia de tempe-ratura entre sus caras. Este es el fundamento de los pequeños refrigeradores portátiles que no llevan motores ni compresores. La cara fría interior se enfría respecto a la exterior, que puede estar a temperatura ambiente, al pasar la corriente generada por una pequeña batería.

Esquema de una celda de Peltier

Figura 2. Una celda Peltier consta de dos placas aislantes eléctricamente, pero conductoras de calor, entre las que se intercalan muchos termopares en serie-paralelo construidos por uniones de diferentes materiales.

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Como generadores de energía eléctrica, el rendimien-to depende de dos parámetros principales: el coeficiente de Seebeck o tensión generada por grado Kelvin y la relación conductividad eléctrica/conductividad térmica. A menor conductividad térmica y mayor conductividad eléctrica, mejor rendimiento. Por desgracia, ambas con-ductividades suelen variar proporcionalmente en la mis-ma dirección en casi todos los materiales. Los rendimien-tos obtenidos hasta la fecha no alcanzan 6% utilizando aleaciones o síntesis de materiales binarios y ternarios de elementos como plomo (Pb), bismuto (Bi), teluro (Te), selenio (Se), antimonio (Sb), y otros en menor medida como cobre, cromo, cobalto, aluminio y germanio. Sus aplicaciones están restringidas a ámbitos donde no es importante el costo del kWh o Wh generado, sino la mera disponibilidad de la electricidad. Sin embargo, el panorama está cambiando con la irrupción de dos ma-teriales que pueden doblar la eficiencia en breve:

• El descubrimiento reciente de las excelentes pro-piedades termoeléctricas del compuesto ternario CuSbS (sulfuro de antimonio-cobre), con el que se están consiguiendo celdas con rendimientos superiores al 10% a nivel comercial.

• Las excelentes propiedades del grafeno, también en su uso como material activo en celdas termoe-léctricas, anunciándose rendimientos teóricos superiores a 15%, aunque su desarrollo está en fase embrionaria.

• El hecho de que en los dos últimos años se haya prácticamente doblado la eficiencia, es una señal inequívoca de la intensidad de la investigación en esta materia. Conseguir eficiencias superiores a 15% supondría su uso comercial en muchos campos, y a partir de 20% hablaríamos de tec-nologías sustitutivas en algunas aplicaciones concretas (cabe recordar que no son necesarias las turbinas ni los alternadores, ni tratar con vapor o agua caliente).

• En cuanto a temperaturas, los generadores ter-moeléctricos suelen trabajar en temperaturas medias-bajas (entre 100° y 350 °C). Esto supone una ventaja dado que en el rango de temperatu-ras medias-bajas se encuentran la mayoría de las aplicaciones, sobre todo en cogeneración. Aunque también existen celdas especiales que pueden tra-bajar a altas temperaturas (hasta 900 °C).

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Generación termoiónica

Esta puede dar la gran sorpresa en los próximos años. La gene-ración termoiónica se basa en el principio descrito por Richard-son-Dushman-Schottky (y la ecuación correspondiente), según el cual, en el vacío, un material emite electrones (cátodo) hacia otro electrodo (ánodo) según tres parámetros principales: la tempe-ratura del emisor, la función de trabajo y el potencial entre ellos.

La función de trabajo es, básicamente, la energía (térmica en este caso) que necesitan los electrones para escapar del cátodo en ausencia de potencial. Las temperaturas a las que empieza a produ-cirse una emisión razonable se encuentra próxima a 1 400 °C, pero justamente los metales o materiales conductores más resistentes al calor (es decir, con mayor punto de fusión) como el tungste-no, molibdeno, tántalo, titanio, etcétera, tienen una función de trabajo de 4 eV a 5 eV, lo que supone temperaturas superiores a los 1 800 °C para tener emisiones relevantes. Tradicionalmente se han empleado óxidos de rutenio, estroncio, bario e incluso vapor de cesio para bajar este parámetro (alrededor de 2 eV), lo que supone temperaturas de trabajo del orden de 900 °C. Aun así, este modo de conversión puede calificarse como de altas temperaturas. En cuanto a la eficiencia, supera claramente el 10%, pudiendo encontrarse dispositivos con eficiencias de 15%.

Esquema de generación termoiónica

Figura 3. En el vacío, un material emite electrones (cáto-do) hacia otro electrodo (ánodo) según tres parámetros principales: la temperatura del emisor, la función de trabajo y el potencial entre ellos.

Recientemente se han descubierto propieda-des prometedoras en dos materiales novedosos. En este caso, lo más relevante son los valores ex-traordinariamente bajos de la función de trabajo que abre la posibilidad de fabricar dispositivos a temperaturas medias (por debajo de los 700 °C). Uno de ellos es el “electride” C12A7-4e-, macro-molécula de tipo cerámico formada por 12 óxidos de calcio (CaO) y siete de aluminio (Al2O3) con una gran capacidad de emisión de electrones a temperaturas realmente bajas (del orden de los 700 °C) y, por otra parte, nuevamente el grafeno, material empleado en muchas líneas de inves-tigación que aseguran un rendimiento teórico potencial mayor a 30% en este tipo de conver-siones energéticas.

Si se consiguen prototipos comerciales que trabajen a temperaturas inferiores a 700 °C con rendimientos superiores a 15%, el campo de aplicaciones comienza a ser verdaderamente relevante. En este sentido, tengo la suerte de participar en uno de estos proyectos de inves-tigación, el proyecto Thermionics, cuyos obje-tivos básicos son precisamente los anteriores.

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Celdas TPV (thermo photovoltaic)

Se trata de celdas muy parecidas a las fotovoltaicas, pero en lu-gar de realizar la conversión de energía en forma de fotones a energía eléctrica, la fuente es la radiación térmica en un espectro más ancho que la luz visible dentro del espectro de radiación de un cuerpo caliente (Planck), es decir, hasta infrarrojo. La nueva generación de celdas de antimoniuro de galio (GaSb) promete rendimientos superiores a 15% (e incluso a 20%) con fuentes térmicas a temperaturas típicas de 1 400 °C.

Esta tecnología representa una excelente solución en cuanto a rendimiento, aunque requiere temperaturas muy altas. Las aplicaciones típicas comprenden desde concentradores solares a base de espejos y lentes, hasta hornos de fundición. La celda solo tiene que “ver” el foco caliente (no calentarse a alta temperatura, dado que no soportan más de 200 °C) para generar la energía eléctrica correspondiente.

ES POSIBLE QUE LA DÉCADA

DE 2020 SE INICIE CON DISPOSITIVOS

COMPETITIVOS CON UN RENDIMIENTO SUPERIOR A 20%,

TEMPERATURAS BAJAS-MEDIAS Y UN COSTO RAZONABLE

QUE HAGAN MÁS EFICIENTE LA

COGENERACIÓN

Esquema de una celda TPV

Figura 4. Estas celdas realizan la conversión de energía en forma de radiación térmica en un espectro más ancho que la luz visible dentro del espectro de radiación de un cuerpo caliente, es decir, hasta infrarrojo.

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Conclusiones

Gracias al desarrollo de nuevos materiales, la generación termoeléctrica directa empieza a suponer algo más que una promesa. Dada la intensificación de la investigación en este cam-po, es posible que la década de 2020 inicie con dispositivos competitivos con un rendimiento superior a 20%, temperaturas bajas-medias y un costo razonable que hagan más eficiente la co-generación, aprovechando el calor de múltiples sistemas o incluso haciendo todavía más viables otros tipos de generación como la geotérmica, al eliminar la necesidad de manejo de agua o vapor, así como de turbinas y generadores. A partir de este punto se puede afirmar que la ca-rrera por una eficiencia global más óptima en la generación de energía eléctrica tiene a todos sus corredores en pista.

D i f u s i ó n

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CUMPLIMIENTO CON LA NOM-020-ENER-2011 UTILIZANDO DIFERENTES TECNOLOGÍAS EN LA ENVOLVENTE SIN INVERSIÓN ADICIONAL1

Por Odón de Buen Rodríguez

Es maestro en Energía y Recursos por la Universidad de California en Berkeley. Su experiencia laboral incluye haber colaborado para

el Instituto de Ingeniería de la UNAM, la Comisión Federal de Electricidad y el Laboratorio Lawrence de Berkeley. De 1995 a 2003

fue director general de la Comisión Nacional para el Ahorro de Energía (Conae), y actualmente es el director general de la Comisión

Nacional para el Uso Eficiente de la Energía (Conuee).

1 Realizado a partir de las palabras para el arranque del 9.° Foro Permanente de Eficiencia Energética en la Edificación, celebrado el 16 de noviembre de 2015 en la Ciudad de México.

De acuerdo con estimaciones de la Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía (Conuee), en México 30% del consumo total de energía en el sector doméstico se destina al confort térmico de las viviendas ubicadas en zonas de clima cálido (alrededor de 45% de los hogares mexicanos). De ahí la importancia de revisar el proceso de creación y aplicación de normativas como la Norma Mexicana NOM-020-ENER-2011. Eficiencia energética en edificaciones.- Envolvente de edificios para uso habitacional, así como las dificultades para su aplicación y los esfuerzos por adecuarlas al entorno económico actual de

la mano de todos los actores involucrados.


México es un país con un territorio donde predomina el clima cálido, de ahí que un porcentaje significativo de la población busque el confort térmico en su hogar a través de métodos tan simples como la ventilación natural o de otros más sofisticados

como los equipos de climatización. La elección del método dependerá tanto del clima donde se ubique la vivienda, como de la capacidad económica de la familia para adquirir un equipo de refrigeración; sin embargo, un factor fundamental es la envolvente térmica de la edificación, que involucra los elementos expuestos a la energía que llega directamente del sol (como techo, paredes, ventanas y puertas), o bien, la que se acumula en el aire exterior y se refleja en la temperatura ambiente.

De acuerdo con estimaciones de la Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía (Conuee), en nuestro país 30% del consumo total de energía en el sector doméstico se destina al confort térmico de las viviendas ubicadas en zonas de clima cálido (alrededor de 45% de los hogares mexicanos tienen tarifas de servicio eléctrico aplicables a este clima).

Existen zonas —particularmente en el noroeste del país— donde el aire acon-dicionado representa, en promedio, para todas las viviendas, 60% del consumo anual de energía eléctrica, concentrado en la mitad del año. Este consumo gravita sobre la economía de las familias, pero también sobre el erario, que paga dos de cada tres pesos de lo que en promedio cuesta entregar la energía eléctrica a estos hogares. Se estima que este subsidio representa una cantidad cercana a los 30 mil millones de pesos al año para cubrir los costos que no pagan los usuarios en lo que corresponde a climatización en regiones de clima cálido.

Este consumo determina la demanda máxima del Sistema Eléctrico Nacional. El nivel máximo de demanda se da durante las tardes de verano, cuando la acción coincidente de la mayor temperatura del día, la irradiación solar y la propia carga térmica en el interior de las viviendas llevan a las familias a utilizar al máximo los dispositivos para alcanzar el confort térmico, como ventiladores, enfriadores evaporativos y, muy particularmente, equipos que funcionan con compresor bajo un ciclo de refrigeración.

No se debe olvidar que las condiciones de confort térmico en los hogares tienen efectos sobre la salud y la productividad de los habitantes. De igual forma, y desde un punto de vista ambiental, la energía que se genera para cubrir las necesidades de confort térmico en viviendas en clima cálido en México representa emisiones cercanas a 7 500 millones de toneladas de CO2eq al año, lo que significa 5% de las emisiones de México por generación de electricidad. 16

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La situación actual

Desafortunadamente, las prácticas de construcción de vivienda en México están determinadas por reglamentos de construcción locales que por lo general no consideran los aspectos climáti-cos, predominando diseños y materiales de construcción que son apropiados para zonas de clima templado, pero no necesaria-mente para una fracción cercana al 50% del territorio nacional.

Esto implica que las familias que habitan estas viviendas están sujetas a condiciones de confort inadecuadas, donde además de verse obligadas a comprar equipos —ya sea de segunda mano (baratos, pero muy ineficientes) o nuevos (eficientes, pero cuyo costo generalmente implica un endeudamiento)—, realizarán un gasto adicional de electricidad dos o más veces mayor de lo que gastarían en viviendas con condiciones de envolvente tér-mica que permiten el confort con un consumo muy reducido de electricidad. Para mitigar esta situación, en México se ha llevado a cabo un número significativo de acciones en diversos contex-tos, resaltando los trabajos del Fideicomiso para el Aislamiento Térmico de la Vivienda (Fipaterm), operado por la CFE, que ha financiado el aislamiento térmico de más de 100 mil viviendas, la gran mayoría de ellas en Mexicali, Baja California, la ciudad con el clima más extremoso de México. De igual forma, se entre-gan subsidios federales a viviendas de interés social que integren elementos de aislamiento térmico en paredes y ventanas. Por su parte, el Infonavit, a través de la Hipoteca Verde, otorga finan-ciamiento adicional de manera opcional para integrar este tipo de elementos en las viviendas.

Existen otras iniciativas que buscan la sustentabilidad y que aportan recursos internacionales para integrar, entre otros, ele-mentos de reducción de ganancias térmicas en viviendas.

También es importante señalar que, a lo largo de más de 22 años, la Conuee ha encabezado un proceso de diseño, adopción y cumplimiento de 29 Normas Oficiales Mexicanas bajo la Ley Federal de Metrología y Normalización, la mayoría aplicables al consumo de energía en viviendas. La ejecución de estas normas ya ha impactado notablemente a la baja en el consumo unitario promedio de electricidad de las viviendas del país, estimándose el monto ahorrado por los usuarios a lo largo de los últimos 16 años en más de 100 mil millones de pesos.

El diseño, análisis y perspectivas a futuro de la NOM-020-ENER-2011

Para dar un carácter general a la aplicación de medidas de mitigación de las ganancias térmicas a través de la envolvente de viviendas nuevas en regiones de clima cálido en México, la Conuee emitió, en agosto de 2011 y con base en la Ley Federal de Metrología y Normalización, la Nor-ma Oficial Mexicana NOM-020-ENER-2011. Eficiencia energética en edificaciones.- Envol-vente de edificios para uso habitacional (NOM-020), que entró en vigor a inicios de 2012.

Para el diseño de esta NOM se buscó que el procedimiento de evaluación de su cumpli-miento fuese relativamente sencillo, mediante un análisis de las ganancias térmicas del total de la envolvente del edificio. Así, el cumplimiento con la NOM se puede lograr con una combi-nación de aspectos de diseño de los inmuebles, que incluye los materiales de la envolvente (te-chos, paredes, ventanas, puertas y elementos de sombreado integrados a la envolvente), la geometría de la construcción y la orientación de sus diversas superficies.

LAS PRÁCTICAS DE CONSTRUCCIÓN

DE VIVIENDAEN MÉXICO ESTÁN

DETERMINADAS POR REGLAMENTOS DE

CONSTRUCCIÓN LOCALES QUE

NO CONSIDERAN LOS ASPECTOS

CLIMÁTICOS


Bajo los mecanismos que se establecen en la Ley Federal de Metrología y Normalización, la evaluación de la conformidad de los diseños de las envolven-tes de las viviendas con esta NOM se lleva a cabo a través de dictámenes que elaboran Unidades de Verificación (UV) acreditadas ante la Entidad Mexicana de Acreditación (EMA), y aprobadas por la Conuee. De esta manera, el cumpli-miento de la NOM-020 se demuestra, ante cualquier autoridad que la exija, con el dictamen de una UV.

Dadas las limitaciones de capacidad de la Conuee para asegurarse de manera directa del cumplimiento de la NOM-020, la Comisión depende de terceras partes para exigirlo, en particular de las autoridades municipales a través de sus regla-mentos de construcción y las instituciones que hacen uso de recursos federales en la construcción de vivienda nueva, las cuales solo tienen que integrar a sus trámites la entrega de un dictamen de una UV acreditada y autorizada.

Para facilitar el cumplimiento en tiempo y forma de la NOM-020, en 2012 se realizaron talleres en diversos puntos del país, y se diseñaron e hicieron públicas varias herramientas de cálculo que facilitan el análisis para el cumplimiento.

Sin embargo, la NOM-020 no fue exigida por autoridad alguna a lo largo de 2012. Como resultado de este vacío, para 2013 no fue considerada en las reglas de operación para subsidios para vivienda de interés social, y el Infonavit la eliminó de sus requisitos en la Hipoteca Verde, además de no estar integrada a ningún reglamento de construcción en México.

El análisis conjunto Conuee-Canadevi

La situación antes mencionada ocasionó que en la segunda mitad de 2013, y a partir de inquietudes expresadas ante la Secretaría de Energía por representantes de empresas con ofertas tecnológicas que permiten cumplir con la NOM, directivos de la Conuee se reunieron con autoridades de la Comisión Nacional de Vivienda (Conavi) y representantes de la Cámara Nacional de la Industria de Desarrollo y Promoción de Vivienda (Canadevi). En esta reunión, la Canadevi, como represen-tante, hizo patente la inquietud de los desarrolladores de vivienda respecto de los costos que implica el cumplimiento de la NOM-020 en la construcción de viviendas de interés social, y manifestó tener poco margen para cubrir costos adicionales ni estar en condiciones para participar en este mercado de gran importancia social.

Como resultado de la reunión, se acordó realizar un amplio y detallado análisis conjunto entre la Conuee y la Canadevi (con presencia del Infonavit y la Conavi), de los impactos económicos de la NOM-020 en este universo de viviendas.

La Conuee y la Canadevi financiaron y supervisaron conjuntamente el análisis de los costos de cumplimiento de la NOM-020 en los diseños actuales de vivienda de interés social. La Canadevi se encargó de recopilar planos de diseños de vivien-das en 43 ciudades de 16 estados e integró diseños de vivienda vertical. El proceso de análisis estuvo a cargo de un consultor acordado por las dos partes y que fue reportando, en cuatro reuniones a lo largo de 2014, los resultados de sus trabajos. 18


De manera muy general, el estudio concluyó que el costo promedio de cum-plimiento para las condiciones más extremas era cercano a los 15 mil pesos, aun cuando se llegaron a tener, para casos particulares, costos mayores. Asimismo, se hizo patente que el cumplimiento de la NOM-020 reducía las ganancias térmicas (y, por lo tanto, el consumo de electricidad) en 30% en promedio para los diseños actuales de los desarrolladores de vivienda.

En esta perspectiva, la recuperación de la inversión para el usuario, consideran-do la tarifa subsidiada a la que está sujeto, se estima, para condiciones promedio, en un periodo de nueve años. Sin embargo, desde una perspectiva social, en la que se considera el costo total de suministro de energía (que incluye al subsidio federal y que es del triple de lo que se paga por la tarifa), la recuperación es de tres años; esto para una medida que, a diferencia de las que implican equipos eléctricos con vida útil de cinco a 10 años, sirve para 30 años o más, que es la vida útil de la vivienda.

A partir de los resultados de este estudio, la Conuee, la Conavi y el Infonavit acordaron llevar a cabo un nuevo estudio para buscar una fórmula que permitiera, adecuando sus instrumentos de política pública, el cumplimiento de la NOM-020. En este sentido, la Conuee aceptó la posibilidad de hacer un ajuste a la baja de las exigencias de la NOM-020 y una reducción de su alcance limitado a zonas de clima cálido, mientras que el Infonavit aceptó analizar un posible ajuste de los montos a financiar por la Hipoteca Verde para dar cabida al cumplimiento de la NOM. Este estudio está por concluirse.

Los trabajos de análisis se han concentrado en revisar las preocupaciones de los desarrolladores y buscar ajustes en la NOM y de aspectos financieros para hacer posible su cumplimiento.

No obstante, por razones propias de la negociación inicial, no se integró a los fabricantes y distribuidores de elementos de envolvente que permiten el cumpli-miento de la NOM, quienes han manifestado gran inquietud por los resultados del análisis realizado entre la Conuee y la Canadevi, y han informado que los costos adicionales que se estimaron pueden ser menores con la aplicación de tecnología en materiales que se tienen en el mercado.

Por lo mismo, la Conuee ha aceptado abrir el análisis para incluir a estos importantes actores, entre los cuales hay grandes empresas internacionales, así como fabricantes y distribuidores locales de una gran variedad de materiales que limitan las ganancias térmicas en la vivienda y que permiten el cumplimiento de la NOM, de manera que aporten sus argumentos y sus evidencias para este objetivo.

No hay duda de que este análisis aportará elementos significativos a una dis-cusión que debe encontrar un balance entre los intereses y preocupaciones de un conjunto amplio y variado de industrias de gran importancia en la economía y la sociedad mexicana, que giran en torno a la construcción de vivienda nueva, las de los propios compradores y ocupantes de las viviendas en términos de confort, salud y economía, y el medioambiente que todos compartimos, al poder mitigar emisiones de gases de efecto invernadero con medidas que tienen una alta ren-tabilidad social. 19

E x p e d i e n t e F I D ED i f u s i ó n

2020


L os Centros Mexicanos de Innovación en Energía (CEMIE) son agrupaciones con-formadas por instituciones de educación superior, centros de investigación públicos

o privados, empresas y entidades gubernamentales, con el objetivo de definir e implementar proyectos para de-sarrollar tecnologías, productos y servicios que apro-vechen el potencial del país en las principales energías limpias y renovables.

De acuerdo con la convocatoria original que dio lugar a su constitución, se trata de espacios virtuales sin sede física, cuyos proyectos iniciales cuentan con recursos ya etiquetados por el gobierno y que deberán terminar de ejercerse en 2018, funcionando después mayormente con recursos propios. En su Artículo 77, la nueva Ley de Transición Energética (LTE), promulgada el 24 de di-ciembre de 2015 (ver DOF, 24 de diciembre de 2015), se refiere a los CEMIE como Centros Mexicanos de Inves-

tigación en Energías Limpias, y señala textualmente que “dispondrán para su operación de recursos provenientes de los fondos constituidos en la Administración Pública Federal y de otras fuentes de financiamiento públicas y privadas, de procedencia nacional o internacional”. Es decir, no dispone mayor cambio con respecto a su origen y funcionamiento actual.

La idea que subyace a la creación de esos centros es que contribuyan al crecimiento y fortalecimiento del sector energético nacional, y a que en el futuro el país diversifique el aprovechamiento de sus fuentes de energía. Por ello, cada centro cuenta con diversas líneas estratégicas de investigación, desarrollo e innovación, operando de manera autónoma, aunque son supervi-sados por representantes de la Secretaría de Energía (SENER) y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecno-logía (Conacyt). Actualmente operaran tres centros creados en el 2014.

INNOVACIÓN EN FUENTESRENOVABLES DE ENERGÍAEN MÉXICO: LOS CEMIE

Por Luis C. A. Gutiérrez Negrín

El autor es ingeniero geólogo egresado del Instituto Politécnico Nacional. Actualmente se encuentra jubilado de la Comisión Federal de

Electricidad y se desempeña como director ejecutivo de Geocónsul, S.A. de C.V., presidente del Comité de Información de la International

Geothermal Association (IGA) y miembro del Grupo Directivo del CEMIE-Geo. Se le puede contactar en el correo [email protected]

Los CEMIE son proyectos nacionales que surgen como consorcios donde se conjuntan y alinean las capacidades nacionales existentes. Su función es planear el aprovechamiento de las energías renovables a mediano y largo plazo, desarrollar un portafolio de proyectos e implementar acciones estratégicas que generen valor para el sector energético del país, formar recursos humanos especializados y fortalecer la infraestructura de investigación y la vinculación entre la academia y la industria. En este artículo se bosquejan su historia,

funciones y metas.

21


El contexto normativo

La creación de estos centros está relacionada con la meta definida en la anterior Ley para el Aprovechamiento de las Energías Renovables y el Financiamiento de la Transición Energética (LAERFTE), la cual fue oficialmente abrogada el 24 de diciembre de 2015, según se indica en el Artículo Transitorio Segundo de la LTE. La LAERFTE señalaba que 35% de la generación de energía producida en México en el 2024 de-bería provenir de fuentes no fósiles. Esta meta ha sido refrendada en la nueva LTE, que además establece objetivos intermedios en su Artículo Transitorio Tercero, que textualmente dice que: “La Secretaría de Energía fijará como meta una participación mínima de energías limpias en la generación de energía eléctrica del 25 por ciento para el año 2018, del 30 por ciento para 2021 y del 35 por ciento para 2024”. Para alcanzar esas metas, y otras posteriores que aumentan ese porcentaje a 45% en 2036 y a 60% en 2050, es preciso tanto mejorar la eficiencia energéti-ca nacional como desarrollar tecnologías que permitan un mejor y mayor aprovechamiento de las fuentes renovables y limpias de energía.

Por su parte, la Estrategia Nacional de Ener-gía (ENE) 2013-2027 indica que debe trabajar-se en desarrollar proyectos que generen valor agregado para la industria energética mexicana, en fortalecer a los institutos de investigación y de educación del sector energético, en fomentar el desarrollo de recursos humanos capacitados y especializados, y en propiciar la creación de redes nacionales e internacionales con las ins-tituciones y centros de investigación.

Así, tanto la LTE como la ENE, y próxima-mente la nueva Estrategia de Transición para Promover el Uso de Tecnologías y Combustibles más Limpios, que establece la propia LTE, cons-tituyen el marco regulatorio contextual para la conceptualización y operación de los CEMIE. En el mismo renglón de estas legislaciones, des-de hace años la comunidad científica y tecno-lógica del país ha tenido como una de sus prin-cipales áreas de interés el aprovechamiento de las energías renovables, lo que ha contribuido, 22

en mayor o menor grado, al desarrollo de la capacidad eléctrica instalada en geotermia, energía eólica, energía solar y bioenergía, además de la energía hidroeléctrica.

En 2013, el Fondo Sectorial de Sustentabilidad Energéti-ca (FSE)1 Conacyt-SENER lanzó la iniciativa de constituir los primeros tres CEMIE para la energía geotérmica, solar y eólica mediante las convocatorias 2013-01, 02 y 03, respectivamente. De acuerdo con los propios objetivos del FSE, todos esos centros comparten los siguientes objetivos generales:

• Impulsar la innovación a través de la adopción, transfe-rencia y asimilación de tecnología novedosa.

• Vincular a la academia y la industria.• Formar recursos humanos especializados y consolidar

capacidades en las áreas correspondientes.• Fortalecer la infraestructura de investigación científica

y tecnológica especializada.• Medir detalladamente y publicar el potencial disponible

de energías limpias en México.• Fomentar el conocimiento y difundir información precisa

sobre el uso y aprovechamiento de los recursos energé-ticos renovables.

• Contribuir a mejorar el marco legal y normativo de estas fuentes de energía, además de la planeación del desarro-llo y explotación de conocimiento.

El modelo CEMIE

El FSE ha declarado que la iniciativa de los CEMIE se basa en algunas de las mejores prácticas implementadas en otros países, las cuales buscan impulsar un proyecto innovador que cambie el paradigma sobre la investigación y el desarrollo tecnológico del sector energético. Entre dichos países se encuentran Canadá, con los Innovative Centres of Excellence for Commercialization and Research que operan desde 2007; el Reino Unido, con el SUPERGEN Bioenergy Hub, creado en 2012; y Estados Uni-dos, con los Energy Innovation Hubs, que empezaron en 2010 financiados por el Departamento de Energía.

En México se pretende que los CEMIE permitan al sector de las energías renovables abatir barreras y superar los retos cien-tíficos y tecnológicos que enfrenta el país. Por ello, los centros están concebidos para integrarse como redes de formación de capacidades y recursos humanos, de vinculación y expansión del tejido científico-tecnológico-empresarial, y de visión, estrategia y prospectiva de la energía en México.

1 Para conocer más sobre qué es y cómo opera el FSE de Conacyt-SENER, se puede consultar el sitio sustentabilidad.energia.gob.mx


Entre febrero y marzo de 2014, de acuerdo con las convocatorias publicadas en 2013, se conformaron los Centros Mexicanos de Innovación en Energía geotérmica (CEMIE-Geo), de energía solar (CEMIE-Sol) y de energía eólica (CEMIE-Eólico). Todos son centros virtuales, pues carecen de una sede o espacio físico determinado, pero las organizaciones participantes en cada uno conjuntan los mejores y más especializados departamentos tanto para la investigación aplicada como para el desarrollo tecnológico en su área.

Cada CEMIE está encabezado por una institución líder, que es el sujeto de apoyo del FSE, y a la cual pertenece el representante legal, el responsable técnico y el responsable administrativo. Su modelo de operación es de una autonomía supervisada, con un grupo directivo, un grupo operativo y un equipo de ejecución de proyectos estratégicos, con los que interactúan represen-tantes de la SENER y del Conacyt.

Estructura conceptual de los CEMIE

GRUPO DIRECTIVO

Miembro IES Miembro sectorindustrial

InvitadoConacyt

InvitadoSENER

PLANEACIÓN Y SEGUIMIENTOESTRATÉGICO

RETROALIMENTACIÓN ALDESARROLLO DE LOS PROYECTOS

GRUPO OPERATIVO

Responsabletécnico

Responsableadministrativo

SEGUIMIENTO Y CONTROLTÉCNICO Y FINANCIERO

Líder técnico y administrativoProyecto 1

Líder técnico y administrativoProyecto n

GRUPO ASESOR(EXPERTOS)

Figura 1. Imagen tomada de: Centros Mexicanos de Innovación en Energía, revista Proyecto FSE, No. 02, abril-mayo

de 2014, SENER.

En total, los tres centros integran a más de 120 instituciones de educación superior, centros de investigación, empresas y entidades gubernamentales, así como a expertos en distintas ramas de las energías renovables, coordinados por su respectivo grupo directivo y por diversos comités de evaluación, monitoreo y seguimiento, tanto técnico como administrativo.

Representan la mayor inversión en investigación, desarrollo e innovación (I+D+i) en materia de energías renovables en la historia de México, con una asignación total de 1 627.8 millones de pesos por parte del gobierno y una inversión privada estimada en un mínimo de 340.5 millones, la cual se define como aportación o gasto concurrente en efectivo o en especie, durante los primeros cuatro años que van de principios de 2014 a principios de 2018. 23


CEMIE-Geo

La energía geotérmica es la energía térmica que se produce o almacena en el interior de la tierra, la cual proviene de energía remanente de la formación del planeta y del decaimiento radiactivo de algunos minerales contenidos en rocas de la corteza y del manto terrestre.2 A la fecha, 24 países del mundo utilizan esta energía para generar electricidad mediante plantas con una capacidad combinada de 12 989 MW (es decir, mil más que los reportados hace un año en esta revista). A pesar de que México incrementó su capacidad instalada en el último año, alcanzando los 1 061 MW, continúa estando en el cuarto lugar mundial después de Estados Unidos, Filipinas e Indonesia.

Sin embargo, el potencial geotérmico del país es bastante mayor. Estimaciones conservadoras lo ubican en unos 2 500 MW para recursos convencionales de tipo hidrotermal, y el Inventario Nacional de Energías Renovables preparado por la SENER lo estima en más de 13 mil MW en total. Contribuir a desarrollarlo es precisamente una de las razones de existencia del Centro Mexi-cano de Innovación en Energía Geotérmica,3 cuyos integrantes, objetivos, estructura y relación de sus 30 proyectos se detallaron en el mismo artículo de la revista referida. Algunas de sus ca-racterísticas aparecen indicadas en la Tabla 1, junto con las de los otros dos centros en operación, y solo resta agregar que actualmente su grupo directivo acaba de tomar la decisión de constituir un fideicomiso y una asociación civil, a fin de que el CEMIE-Geo adquiera una figura jurídica propia e independiente de los miembros del consorcio.

Tabla 1. Características principales de los tres centros en operación

Institución líder

CEMIE-Geo CEMIE-Eólico CEMIE-Sol

Centro de Investigación y

Educación Superior de Ensenada

(CICESE)

Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE)

Instituto de Energías Renovables

(IER)

Integrantes totales actuales· Centros de investigación y de educación superior· Empresas privadas· Otros

2211101a

241761b

5747100

Grupo directivo (número total)*· Centros de investigación y de educación superior· Empresas privadas· Otros

10631a

14941b

ND520

Líneas de investigación 7 9 12

Proyectos estratégicos actuales (número) 30 13 22

Presupuesto (millones de pesos)· Recursos federales (FSE)· Recursos concurrentes estimados (privados)

958.6224.5

216.3106.1

452.99.8

* No incluye invitados del Conacyt ni de la SENER.a: Comisión Federal de Electricidad.b: Secretaría de Turismo y Desarrollo Económico, Gobierno del Estado de Oaxaca.

Fuente: Elaboración propia con datos recabados en las fuentes referidas.

2 Para un mayor acercamiento al tema, ver Eficiencia Energética, Año 1, No. 5, enero-marzo de 2015, pp. 23-32.3 Para conocer más a fondo el trabajo y estructura del CEMIE-Geo, es recomendable visitar www.cemiegeo.org

24

CEMIE-Eólico

En lo que se refiere a la energía del viento, a fines de 2014 había casi 370 mil MW de capacidad instalada en el mundo, con China, Estados Unidos, Alemania, España e India en los primeros cinco lugares, según datos del reporte Renewables 2015, Global Status Report, publicado por la red REN 21. México, de acuerdo con la Asociación Mexicana de Energía Eólica (AMDEE), a fines de 2014 contaba con 2 551 MW de capacidad eoloeléctrica instalada en 31 parques eólicos en operación, con un total de 1 570 aerogeneradores de diversas capacidades individuales.

Tabla 2. Capacidad eoloeléctrica en México a diciembre de 2014

EstadoParques eólicos (número) Capacidad eoloeléctrica instalada (MW)

Operando Construcción Operando Construcción

Oaxaca 24 3 2 285 411

San Luis Potosí 1 1 100 100

Tamaulipas 1 0 54 0

Jalisco 1 0 50.4 0

Chiapas 1 0 28.8 0

Nuevo León 1 0 22 0

Baja California 1 1 10 155.1

Baja California Sur 1 0 0.6 0

Puebla 0 1 0 66

TOTAL 31 6 2 550.8 732.1

Fuente: Elaborada con datos de la AMDEE. Consultado en http://www.amdee.org/parques-eolicos-mexico-2015, el 23 de noviembre de 2015.

25



Aunque el potencial eólico de México ha sido estima-do en aproximadamente 50 mil MW, un estudio realiza-do en 2012 por la propia AMDEE y la empresa PwC, que cuantificó el potencial eólico técnica y económicamente competitivo, definió un objetivo de instalación de 12 mil MW para el año 2020 (AMDEE y pWc, 2012).

El CEMIE-Eólico busca coadyuvar a cumplir esa meta, promoviendo la vinculación y la sinergia entre las instituciones de investigación, desarrollo e innovación, y las empresas. Este centro es liderado por el Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE), institución mexicana con sede en Cuernavaca, Morelos, que desde hace más de 35 años ha promovido el desarrollo de la generación eoloeléctrica en México, y que antes de la publicación de la convocatoria para la creación de este centro había realizado una amplia variedad de proyectos y actividades en ese sentido. Así, el IIE atendió la convocatoria 2013-

03 del FSE, integró un consorcio constituido inicialmen-te de 32 miembros y propuso un total de 23 proyectos estratégicos, de los cuales fueron aprobados 13, que se centran en las siguientes nueve líneas de investigación:

• Aerogeneradores• Integración a la red• Formación de recursos humanos especializados• Aerodinámica y aeroelástica• Materiales y recubrimientos• Recurso eólico• Aplicaciones de inteligencia artificial y meca-

trónica• Almacenamiento de energía• Pruebas, validación de diseño en viento libre y

certificación o acreditación de sistemas, subsis-temas o componentes para aerogeneradores de mediana capacidad

26

Finalmente, el convenio del consorcio que constituyó el CEMIE-Eólico fue firmado en mayo de 2005 por los 24 miembros siguientes:

• Siete centros Públicos de Investigación: Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE), Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial (CIDESI), Centro de Tecnología Avanzada (CIATEQ, A.C.), Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN-Unidad Saltillo (Cinvestav), Centro de Investigación y Educación Superior de Ensenada (CICESE), Insti-tuto Nacional de Astrofísica y Óptica Electrónica (INAOE) y el Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas de España (CIEMAT).

• Diez instituciones de educación superior: Universidad del Istmo (Unitsmo), Universidad Au-tónoma de Zacatecas (UAZ), Instituto Tecnológico de La Laguna (ITL), Universidad Juárez Autónoma de Tabasco (UJAT), Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM), Instituto Tecnológico Sanmiguelense de Educación Superior (ITSES), Universidad Autónoma de Querétaro (UAQ), Universidad Tecnológica de Valles Centrales de Oaxaca (UTV-CO), Instituto Tecnológico del Istmo (ITISTMO) y Universidad de Strathclyde, Reino Unido.

• Seis empresas: Postensa Wind Structures, S.A. de C.V., Manufactura de Cigüeñales Mexica-nos, S.A. (MACIMEX), Potencia Industrial, S.A., Gesa Eólica México, S.A. de C.V., Ingeniería y Manufacturas Eléctricas, S.A. de C.V. (IMESA) e Industrial Friction Materials, S.A. de C.V.

• Una secretaría estatal: Secretaría de Turismo y Desarrollo Económico del Gobierno del Estado de Oaxaca (STDE-GEO).

El presupuesto con fondos federales del CEMIE-Eólico es de poco más de 216.3 millones de pesos, y se espera que atraiga una inversión concurrente por otros 106.1 millones, los cuales se ejercerán entre 2014 y 2018 para la implementación de sus 13 proyectos estratégicos iniciales.

Sin embargo, al momento de realizarse este artículo, el Grupo Directivo del CEMIE-Eólico había lanzado una convocatoria dirigida a sus 23 instituciones y empresas miembros para presen-tar propuestas que culminen en la conformación de una nueva cartera de proyectos estratégicos que, por sus características, tengan méritos para su posible financiamiento por parte del FSE.4

4 En el sitio evaluarer.iie.org.mx:8080/cemie se puede conocer más acerca del funcionamiento y estructura del CEMIE-Eólico.

CEMIE-Sol

Respecto de la energía solar, a finales de 2014 el citado reporte de REN 21 indicaba una capacidad eléctrica instalada en el mundo de 177 mil MW a base de celdas fotovoltaicas y de 4 400 MW adicionales con plantas térmicas de concentración solar (cono-cidas por las siglas CSP, Concentrating Solar Thermal Power), para un total de 181 400 MW eléctricos.

En México se estima que la irradiación solar promedio es de 5 kWh por metro cuadrado al día. Esto significa que si se cubriera 0.1% del territorio con celdas fotovoltaicas de 10% de eficiencia de conversión, bastaría para obtener una cantidad de energía superior al consumo nacional total.

A nivel mundial, la energía solar que incide en el planeta cada año es unas 440 veces superior al consumo total de energía. Por ello, el sol es considerado la mayor fuente de energía disponi-ble, pero el costo relativamente elevado de la tecnología para su aprovechamiento es la principal barrera a superar, por lo que en el país apenas hay unos 49 MW de capacidad solar en operación en seis campos solares distribuidos en Aguascalientes (0.8 MW), Baja California (1 MW), Baja California Sur (30 MW), Durango (15.6 MW), Guanajuato y Sinaloa (1 MW en cada uno), según datos de la Comisión Reguladora de Energía. Este es el contexto en el que se ha creado el CEMIE-Sol.

Al igual que los otros dos en funcionamiento, el CEMIE-Sol es un centro virtual que agrupa a instituciones y empresas de todo el país para generar sinergias a favor del aprovechamiento de la energía solar. Es liderado por el Instituto de Energías Renova-bles de la UNAM (IER-UNAM) y agrupa a 47 instituciones de investigación o educación superior y 10 empresas. Además del IER, cuenta entre los miembros de su grupo directivo al Centro de Investigación y Estudios Avanzados del IPN (CINVESTAV), el Centro de Investigaciones en Materiales Avanzados (CIMAV), el Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE), el Instituto Politéc-nico Nacional (IPN) y a representantes de las empresas privadas Abengoa y Schneider.

El CEMIE-Sol empezó formalmente sus actividades el 26 de marzo de 2014 y, a través del FSE, cuenta con recursos federales por 452.9 millones de pesos, además de una inversión concu-rrente de origen privado que se espera en otros 9.8 millones de pesos. Con esos recursos, se ha enfocado en las siguientes 12 líneas de investigación: 27


28


1. Potencia solar térmica para la producción de electricidad2. Sistemas de energía solar para calor de procesos in-

dustriales3. Investigación y desarrollo en materiales para el aprove-

chamiento del recurso solar4. Sistemas de enfriamiento operados con energía solar5. Combustibles solares6. Sistemas solares de baja temperatura para calentamiento

de agua7. Solar térmico: agua y energía solar8. Nuevos desarrollos tecnológicos (diseño, producción,

ensamblado y prueba de componentes para sistemas fotovoltaicos)

9. Tecnología fotovoltaica (transferencia e innovación tec-nológica y estudios técnico-económicos)

10. Normalización, registro, certificación y garantía11. Desarrollo de talentos12. Laboratorio de edificaciones sustentables

El centro realiza un total de 22 proyectos, que se componen de 12 proyectos de tipo fotovoltaico, cinco de tipo solar fototér-mico, dos proyectos relacionados con el inventario nacional, dos proyectos de laboratorios y un proyecto de combustibles solares.5

Los nuevos CEMIE

Después de la integración de los primeros tres CEMIE, el FSE publicó en el último trimestre de 2014 las convocatorias 2014-05 y 2014-06 para la conformación de los centros mexicanos de innovación en Bioenergía (CEMIE-Bio) y en energía del océano (CEMIE-Océano).

La misión que el FSE ha definido de manera preliminar para ambos centros, de acuerdo con los términos de referencia de sus respectivas convocatorias, es desarrollar investigación aplicada, tecnología e innovación en temas de bioenergía y de energía del océano que impulsen el desarrollo económico y la inclusión ru-ral, que reduzcan la dependencia hacia los combustibles fósiles, disminuyan la emisión de gases de efecto invernadero (GEI), fomenten un desarrollo nacional sustentable y contribuyan a la seguridad energética. En la visión de ambos centros se establece la expectativa de que se conviertan en los centros de investigación en bioenergía y en energía oceánica con mayor desarrollo de tec-nologías de alto impacto social e industrial, así como con la mayor cantidad de líneas de investigación de calidad en Latinoamérica.

5 Para conocer más a fondo la labor y composición del CEMIE-Solar se puede visitar el sitio cemiesol.mx

LA CREACIÓN E IMPLEMENTACIÓN

DE LOS CENTROS MEXICANOS DE

INNOVACIÓN PUEDE CALIFICARSE COMO UNA DE LAS

INICIATIVAS MÁS INTERESANTES Y

CON MAYORES POSIBILIDADES

DE ÉXITO QUE HA LLEVADO A CABO

EL GOBIERNO MEXICANO,

EN LO QUE A FUENTES LIMPIAS

Y RENOVABLES DE ENERGÍA SE REFIERE

Fuentes y referenciasAMDEE; PwC. (2012). El potencial eólico mexicano: Oportunidades y retos en el nuevo sector eléctrico. Consultado el 15 de diciembre

de 2015, en http://www.amdee.org/Publicaciones/AMDEE-PwC-El-potencial-eolico-mexicano.pdfAsociación Mexicana de Energía Eólica (AMDEE). Capacidad Instalada de Energía Eólica en México 2015. Consultada el 15 de di-

ciembre, en http://www.amdee.org/parques-eolicos-mexico-2015CEMIE-Eólico. (2014). Plan General del CEMIE-Eólico. Apartado 1: Conformación del CEMIE-Eólico. Consultado el 12 de diciem-

bre de 2015, enhttp://evaluarer.iie.org.mx:8080/cemie/Portals/0/Publicos/D1-Conformaci%C3%B3n-CEMIE-E-CAR.pdf?-ver=2014-03-24-122719-860

Comisión Reguladora de Energía. (2015). Electricidad. Consultada el 12 de diciembre de 2015, en http://www.cre.gob.mx/articulo.aspx?id=171

Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología. (2014). Centro Mexicano de Innovación en Energía Solar (CEMIE-Sol). Consultado el 13 de diciembre de 2015, en http://centrosconacyt.mx/boletines/CIO-CEMIE_SOL.pdf

Diario Oficial de la Federación. (DOF). Ley de Transición Energética, 24 de diciembre de 2015. Disponible en: http://www.dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=5421295&fecha=24/12/2015

Fondo de Sustentabilidad Energética. (FSE). Revista Proyecto FSE 02, abril-mayo de 2014. Disponible en: http://sustentabilidad.energia.gob.mx/res/ProyectoFSE02.pdf

Gutiérrez Negrín, L.C.A. (2015). El calor de la tierra: Innovación y recursos geotérmicos. Revista Eficiencia Energética, Año 1, No. 5, Enero-Marzo de 2015, pp. 23-32. Consultada el 10 de diciembre de 2015, enhttp://fide.org.mx/images/stories/revista/eficien-cia_energetica_5/index.html

REN 21. (2015). Renewables 2015. Global Status Report. Consultado el 15 de diciembre de 2015, en www.ren21.net/gsrSecretaría de Energía. (2015). Centros Mexicanos de Innovación en Energía. Consultado el 15 de diciembre, en http://www.gob.mx/

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enhttp://sustentabilidad.energia.gob.mx/res/CEMIE_Eolico.pdfVigil Galán, O. (2014). El CeMIE-Sol: Centro Mexicano de Innovación en Energía Solar. Presentación en el IV Congreso Nacional de

Investigación en Cambio Climático, 20-24 de octubre 2014, Ciudad de México.


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Al igual que en el caso de los primeros centros, la intención es impulsar el aprovechamiento de esas fuentes limpias de energía en México, teniendo en cuenta que, de acuerdo con el ya referido informe publicado por REN 21, la capacidad mundial de plantas eléctricas a base de biomasa ascendía a unos 93 mil MW a fines de 2014, con los cuales se generaron 433 mil GWh de energía eléctrica a lo largo de ese año. El país con más generación eléctrica es Estados Unidos, seguido de Alemania, China, Brasil y Japón. Pero además, el reporte indica que la producción mundial de biodiésel en el mismo año ascendió a 29.7 millones de metros cúbicos, y la de etanol a 94 millones de metros cúbicos.

Por su parte, las diversas tecnologías del océano se encuentran aún en fases iniciales de desarrollo, con pro-yectos prototipos o demostrativos a nivel mundial. Pero incluso así, se estima que hacia fines de 2014 había unos 530 MW de capacidad instalada con esas tecnologías en el mundo, cuya gran mayoría corresponde a plantas mareomotrices para generar energía eléctrica, entre las que destacan la planta de Rance, Francia, con 240 MW, que es la más antigua, y la de Sihwa, en Corea del Sur, con 254 MW e inaugurada en 2011.

De acuerdo con la convocatoria, las áreas de estudio de bioenergía se dividen en dos vertientes principales, según las clasificaciones de la Agencia Internacional de energía: 1) biocombustibles para el transporte, y 2)

biocombustibles para generación térmica y eléctrica. Mientras tanto, el CEMIE-Océano tendría cuatro áreas temáticas principales: 1) energía térmica oceánica, 2) energía por gradientes de salinidad, 3) energía del oleaje, y 4) energía de corrientes y mareas.

Conclusión

Vale la pena advertir que la creación e implementación de los Centros Mexicanos de Innovación puede califi-carse como una de las iniciativas más interesantes y con mayores posibilidades de éxito que ha llevado a cabo el gobierno mexicano, en lo que a fuentes limpias y reno-vables de energía se refiere.

El formato ha sido bien recibido tanto por la acade-mia como por la empresa privada, lo que ha llevado a un excelente grado de participación e involucramiento de representantes de dicho sector de la industria. Sin duda, falta ver cómo se van concretando los más de 60 proyectos técnicos individuales que ya están desarro-llando los tres centros en operación y, sobre todo, cómo logra consolidarse cada uno de ellos durante el tiempo que recibirá los recursos federales asignados.

Sin embargo, queda la impresión de que el gobier-no ha hecho su parte y ahora le toca a las instituciones públicas y empresas privadas hacer la suya.

E x p e d i e n t e F I D EI n t e r n a c i o n a l

A mediados de 2015, el aeropuerto de Cochín, en el estado de Kerala, India, pasó a la historia como la primera terminal aérea en funcionar exclusivamente con energía solar. Gracias a su instalación fotovoltaica con una capacidad instalada de 13.1 MWp, este “aeropuerto verde” es capaz de producir un promedio de 52 mil kWh al día; cifra que contempla un excedente de alrededor de 18 mil kWh en días soleados y una cantidad apenas menor durante la época de monzón.

INDIA:EL AEROPUERTO VERDE

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Por Staff Revista Eficiencia Energética

Fotos cortesía: Cochín International Airport Limited (CIAL)

El 18 de agosto de 2015, el aeropuerto de Cochín se convirtió oficial-mente en el primero de todo el orbe en funcionar exclusivamente a partir de energía solar, sentando un nuevo precedente en la historia de la infraestructura para la aviación.

Localizado en el estado de Kerala, en la región sur de India, es la cuarta ter-minal aérea del país con mayor tránsito de pasajeros internacionales, así como la séptima más congestionada.

Su rápido crecimiento se debe a la cercanía con la ciudad portuaria de Cochín, uno de los más importantes centros financieros de la región.

Con una extensión de aproximadamente 5.3 kilómetros cuadrados, el “aeropuer-to verde” fue desarrollado desde cero por la empresa Cochin International Airport Limited (CIAL), compuesta por una sociedad de capital mayoritariamente privado, donde el gobierno del estado de Kerala está representado como el mayor inversor.

Desde su inauguración en 1999, el aeropuerto de Cochín ha realizado diver-sas expansiones y mejoras, entre las que se cuentan la progresiva instalación de sistemas fotovoltaicos interconectados a la red eléctrica para poco a poco lograr satisfacer sus necesidades energéticas.

La apuesta solar

Los primeros pasos que dio el aeropuerto hacia la sustentabilidad energética fue-ron en marzo de 2013, cuando se mandó instalar una planta solar de 100 kWp, compuesta por 200 paneles solares de 250 Wp cada uno, colocados en el techo de la terminal de arribos. Posteriormente, en noviembre del mismo año, dio un paso más con la instalación de una planta de 1 000 kWp, situada tanto en el techo como en el suelo del hangar de mantenimiento.

Su avance hacia la sustentabilidad, como puede observarse, fue gradual. Los directivos deseaban asegurarse de que la planta funcionaría perfectamente bajo las condiciones climáticas del área antes de ir más allá.

Inspirados por el éxito obtenido con ambos sistemas FV, se montó una planta de 12 MWp, compuesta por 46 150 paneles solares distribuidos en un área de 182 mil metros cuadrados, en un espacio adyacente a la terminal de cargo, y cuya capacidad era suficiente para satisfacer los 50 000 kWh de energía eléctrica que requiere el aeropuerto para funcionar. El costo total de su instalación fue de 620 millones de rupias indias (alrededor de 9.25 millones de dólares).

La producción diaria promedio de la suma de las plantas instaladas (13.1 MWp) es de aproximadamente 52 000 kWh; sin embargo, en un día soleado la produc-ción puede alcanzar un estimado de 68 000 kWh; una cifra que se traduce en un excedente de aproximadamente 18 000 kWh. Cada año, su producción es de cerca de 19 millones de unidades.


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Debido a que el aeropuerto de Cochín no cuenta con baterías para almacenar excedentes —su costo aún hoy continúa siendo exorbitan-te–, la energía sobrante es enviada a la red de la Junta Estatal de Electricidad (SEB, por sus siglas en inglés), quien también le provee de energía durante las noches y en algunas oca-siones durante la época de monzón, cuando la producción de la planta solar puede descender hasta los 3 500 kWh. Así, gracias a un conve-nio con la SEB, el aeropuerto puede “retirar” los excedentes que almacena a lo largo del año en la red eléctrica.

Además de los sistemas fotovoltaicos, el aeropuerto ha sido equipado con ocho minihi-droeléctricas (todas del tipo de “agua fluyente” bajo la categoría de proyectos de energía reno-vable) por el gobierno del estado, agregando 50 MW.

Eficiencia para el gasto

La sustentabilidad energética no solo se consi-gue a través de la generación de energía limpia, sino también a través de la implementación de medidas de ahorro y eficiencia energética. El aeropuerto de Cochín da muestra de ello.

Actualmente, CIAL se encuentra imple-mentando varias medidas de conservación de la energía, incluyendo el empleo de enfriado-res energéticamente eficientes, variadores de frecuencia en acondicionadores autónomos (AHU), sistemas VFR para aire acondicionado, almacenamiento de agua de lluvia, así como el cambio de iluminación tradicional a lámparas LED, entre otras.

Los beneficios de ser verde

Las medidas de generación y ahorro de ener-gía implementadas por CIAL han sido reditua-

bles, pues el retorno de la inversión de estos sistemas ha sido menor a los seis años. Pero quizá la mayor ganancia se mida en términos medioambientales.

El poder generado por la planta solar de 12 MWp es equivalente a ahorrar la energía ne-cesaria para alimentar 10 mil hogares al año. Asimismo, en los próximos 25 años, este pro-yecto evitará emisiones de bióxido de carbono de plantas de generación de energía que funcionan a partir de la quema de carbón por más de 0.3 millones de toneladas métricas, lo cual es equi-valente a plantar 3 millones de árboles.

A la fecha, la planta FV de 12 MWp ha evi-tado aproximadamente 1 695 toneladas de emi-siones de CO2.

Un modelo a futuro

Este modelo de sustentabilidad ha funcionado a tal grado que el gobierno de India ha solicita-do que otros aeropuertos sigan su ejemplo. De igual forma, autoridades de los aeropuertos y gobiernos de otros países se han acercado para recibir asesoría y replicar las bondades de su modelo. Entre ellos se encuentran oficiales del Aeropuerto Internacional Roberts en Monrovia, Liberia; así como la agencia aeroportuaria de Malasia, que busca implementar plantas solares en aeropuertos pequeños de ese país.

Actualmente, CIAL realiza una expansión considerable del edificio de la terminal. Di-cha expansión incrementará el requerimiento energético del aeropuerto, por lo que ya se están dando los siguientes pasos para también expan-dir la capacidad solar del sistema.

El Fideicomiso para el Ahorro de Energía Eléctrica agradece el apoyo prestado por el se-gundo secretario de la Embajada de India en México, Sushil Prasad, y al Aeropuerto Inter-nacional de Cochín (CIAL) para la elaboración de este artículo.


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Por David Cedillo Hernández y Hugo Téllez Moctezuma

David Cedillo Hernández es ingeniero en Energía por la Universidad Autónoma Metropolitana y se desempeña como gerente de Eva-

luación Técnica Económica de Proyectos del FIDE. Hugo Téllez Moctezuma es ingeniero electricista con especialidad en Sistemas de

potencia por el Instituto Politécnico Nacional, y tiene el cargo de gerente de Gestión de Proyectos, Mediciones y Evaluación de Resultados

del FIDE. Se puede contactar a los autores en [email protected] y [email protected], respectivamente.

Gracias a la implementación de economizadores de aire acondicionado, un club deportivo en Zapopan, Jalisco, logró ahorrar más de la mitad de la energía eléctrica que consumía el equipo anterior.

ECONOMIZADORES DE AIRE ACONDICIONADO:EXCELENTE OPCIÓN PARA DISMINUIREL TIEMPO DE USO DE EQUIPOS

C a s o s d e é x i t o F I D E

Debido al alto costo operativo de los equipos de acondicionamiento ambiental, la susti-tución de equipos obsoletos por otros más eficientes y equipados con un sistema de

control automático es una opción sumamente rentable para las empresas que requieren de estas tecnologías en su día a día.

Los economizadores son un sistema de control exce-lente, que consisten en un conjunto de ventilas (dampers)

motorizadas y sensores con su respectivo sistema de con-trol, que juntos deciden cuándo y cuánto aire fresco pro-veniente del exterior es necesario introducir al ambiente a través del equipo de acondicionamiento ambiental, en lugar de recircular y enfriar el aire del ambiente.

Los ahorros que conlleva esta tecnología se dan cuan-do al operar el economizador deja de funcionar el com-presor del equipo de aire acondicionado, disminuyendo así el consumo de energía eléctrica.

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Situación previa al proyecto

Equipo CantidadCapacidadunitaria

(TR)

Capacidad total (TR)

Tensión(V)

Corriente promedio

(A)

FPpromedio

(%)

Potenciatotal (kW)

Rel. efic. promedio(kW/TR)

Tiempo promedio de uso

(h/año)

Consumo total

(kWh/año)

Equipo tipo paquete marca Carrier mod. 50TFF014-511X

3 12 36 220 56.6 73 47.5 1.32 2 400 114 000

Equipo tipo paquete marca Comfor Star mod. BAR-60X2

4 10 40 220 60.0 90 47.52 1.19 2 400 114 048

TOTAL 7 76 95.02 228 048

El proyecto

Previo a la mejora de los equipos que conformaban el sistema de aire acondicionado, se realizó un análisis de cargas térmicas para determinar la necesidad real de enfriamiento de las áreas del gimnasio:

Áreas del gimnasio con cambios

Área Dimensiones(ml)

Volumen(m3)

No. de personas

Capacidad actual(TR)

Capacidadpropuesta

(TR)

Disminución de capacidad

(TR)

Salón 1 12 x 12 x 2.5 360 20 12 10 2

Salón 2 12 x 12 x 2.5 360 20 12 10 2

Recepción 5 x 10 x 7 220 3 12 5 7

TOTAL 36 25 11

De esta forma, se logró disminuir 11 TR, por lo que se pasó de 76 TR a 65 TR requeridas de ser sustituidas. Tomando en cuenta lo anterior, se propusieron los siguientes equipos de aire acondicionado eficientes:

Antecedentes

Gimnasio Vivo 47 es un club deportivo ubicado en Zapopan, Jalisco, que ofrece numerosas actividades físicas, como clases de natación, jazz, ballet, esgrima y tae kwon do. Por todo esto, la eficiencia de los sistemas de ventilación y acondicionamiento del aire es imprescindible a lo largo de todo el día.

El gimnasio tiene un contrato con la Comisión Federal de Electricidad (CFE) en tarifa HM. Antes de la realización del pro-yecto tenía una demanda eléctrica de 183 kW, con un consumo de energía de 750 654 kWh al año, que representaba un costo de 1 538 946.70 pesos anules.

Objetivo

Se buscó reemplazar el sistema de aire acondicionado obsoleto con más de 10 años de operación, altos costos de mantenimiento y pérdidas de aire acondicionado en los ductos, por un sistema

de alta eficiencia con equipos que utilizan refri-gerante ecológico y dimensionados con base en las necesidades de enfriamiento actuales, que cuentan con economizadores para aprovechar el aire fresco del exterior.

Situación original

Inicialmente, el gimnasio contaba con siete equipos tipo paquete de 10 TR y 12 TR, que en conjunto sumaban 76 TR, con una demanda de 95.02 kW y un consumo de 228 048 kWh/año.

Para determinar su eficiencia, se realizó un levantamiento de información técnica, así como mediciones de los principales parámetros eléc-tricos. Los resultados fueron los siguientes:

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Equipos propuestos

Equipo CantidadCapacidadunitaria

(TR)

Capacidadtotal (TR)

Potenciatotal(kW)

Rel. efic.(kW/TR)

Tiempode uso(h/año)

Consumototal

(kWh/año)Equipo tipo pa-quete marca Trane mod. THC120E3R

6 10 60 54.60 0.91 1 664* 90 854

Equipo tipo mini- split, marca Trane, mod. 4MXW5524A1

2 2 4 2.56 0.70 2 400 5 797

Equipo tipo mini- split, marca Trane, mod. 4MXW5512A1

1 1 1 0.67 0.70 2 400 1 613

TOTAL 9 65 57.83 98 264

* Esta cifra es fruto del desglose de los tiempos de operación por horarios por día. En los siguientes párrafos se explicará más detalle su origen y consecuencias en el proyecto.

Debido a que las temperaturas exteriores durante las mañanas y noches del otoño e invierno en Guadalajara son inferiores a la temperatura de confort de-seada, se propuso la instalación de economizadores de aire acondicionado a los nuevos equipos tipo paquete marca Trane.

Economizador de aire acondicionado

Fuente: Elaborado a partir del modelo encontrado en ASHRAE Standar 90.1-2004.

Con el objetivo de determinar cuántas horas operarían los economizadores, se consideró la información climatológica de diseño de Guadalajara,1 donde se constató que 839 horas al año —dentro del horario de 8 a 16 horas— tienen tem-peraturas de 55 °F (12.7 °C) a 69 °F (20.5 °C). Si se parte de que la temperatura del setpoint del gimnasio es de 74 °F (24 °C), sería posible reducir 839 h/año de las 2 400 h/año de operación del economizador.

Con base en este potencial de reducción, se realizó el desglose de tiempos de operación por día. Al tomar en cuenta la temperatura promedio de cada tempo-rada, se decidió reducir la operación de los aires acondicionado una hora en la mañana y una hora en la noche durante las épocas de otoño e invierno, reduciendo 748 horas de uso del aire acondicionado, esto es, de 2 400 a 1 664 horas por año.

1 Revisado en ASHRAE. (2013). Hand Book Fundamentals. Atlanta: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers.

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Desglose de los horarios de operación del equipo original

MESES DÍAS HORARIO HORASDÍA

HORAS SEMANA

Abril a septiembre Lunes a jueves 10 – 20 h 10 40

Viernes a sábado 10 – 15 h 5 10

Domingo 10 – 15 h 4 4

Horas semana 54

Horas semestre 54 x 26 = 1 404

Octubre a marzo Lunes a jueves 12 – 20 h 8 32


Horas semana 38

Horas semestre 54 x 26 = 988

TOTALHORAS AÑO 2 392

PROMEDIO HORAS MES 199.33

Desglose de los horarios de refrigeración mecánicacon economizador

MESES DÍAS HORARIO HORASDÍA

HORAS SEMANA

Abril a septiembre Lunes a jueves 11 – 19 h 8 32


Domingo 12 – 14 h 2 2

Horas semana 42

Horas semestre 54 x 26 = 1 092

Octubre a marzo Lunes a jueves 13 – 18 h 5 20


Horas semana 22

Horas semestre 22 x 26 = 572

TOTALHORAS AÑO 1 664

PROMEDIOHORAS MES 138.67

Con este análisis se determinó la reducción de 35% del tiempo de operación de los equipos de aire acondicionado.


Ahorros

Al comparar la situación original y la situación propuesta se obtuvieron los si-guientes resultados:

Comparación de ahorros entre las situacionesactual y propuesta

CONCEPTO SISTEMAACTUAL

SISTEMAPROPUESTO AHORRO

Demanda (kW) 95.02 57.83 37.19

Consumo anual (kW/h) 228 048 98 264 129 784

Precio promedio ($kW/h) 2.0515 2.0515 -

Importe anual ($), incluye IVA 467 840.47 201 588.60 266 251.87

Inversión ($) 995 701.31 Recuperación 3.74 años

CONCEPTO FACTURACIÓN ACTUAL

AHORROS ESTIMADOS

UNITARIO %

Demanda facturable (kW) 183 37.19 20.32

Consumo anual (kW/h) 750 654 129 784 17.29

Importe anual ($), incluye IVA 1 538 946.70 266 251.87 17.30

La eficiencia energética se traduce en ahorros

El gimnasio Viva 47 es un club deportivo ubicado en Zapopan, Jalisco, que da servicio a 4 500 miembros aproximadamente. En sus 4 800 metros de ins-talaciones ofrece un sinfín de actividades para el acondicionamiento físico y el bienestar de toda la familia, como clases de natación, yoga, tae kwon do, entre muchas otras.

Por la naturaleza del servicio, la ventilación y la climatización de los di-ferentes salones del club deportivo son necesidades en las que no se puede escatimar costos. En las áreas de fuerza (área orientada al desarrollo mus-cular) y de cardio (espacio de ejercicios que fortalecen el corazón), por ejem-plo, es necesario mantener la temperatura entre los 22° y 23 °C para no afec-tar la comodidad de los socios.

Sin embargo, debido a la antigüedad del sistema de aire acondicionado, el personal experimentaba dificultades para mantener la temperatura deseada. Por ejemplo, los equipos debían ser encendidos con mayor antelación a los horarios de mayor demanda, aumentando así el consumo de energía eléctri-ca y, por lo tanto, el monto de la factura.

Los ingenieros César Aguirre, gerente corporativo de mantenimiento, y Miguel Ríos, coordinador corporativo del área de mantenimiento, buscaron la forma de evitar gastos innecesarios. Por ello, presentaron un proyecto de eficiencia energética que contemplaba reemplazar los equipos viejos con otros más eficientes, además de verificar la necesidad real de enfriamiento.

Gracias a esta verificación, se determinó reducir la potencia de los equi-pos a sustituir. Asimismo, más allá de sólo reemplazarlos, se decidió instalar economizadores. Tras comparar las características de los créditos comercia-les, decidieron acercarse al FIDE, tanto por las tasas de interés como por el tiempo de recuperación de la inversión. El proceso, desde los cálculos para verificar la necesidad de enfriamiento real hasta la instalación de los nuevos equipos, duró poco más de seis meses.

Las acciones realizadas devinieron en ahorros significativos que fueron evidentes en la factura del servicio de energía desde el primer mes. Fue tal el éxito obtenido, que actualmente se encuentran en planes de cambiar la ilu-minación a focos LED en otras sucursales.

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La revista Eficiencia Energética es una publicación trimestral editada por el Fideicomiso para el Ahorro de Energía Eléctrica con el propósito de difundir la cultura de ahorro y uso eficiente de la energía. Publica información sobre actividades, proyectos, estudios de caso, buenas prácticas, estudios, investigaciones, reflexiones y noticias relevantes en materia de eficiencia energética. Su vocación es principalmente

tecnológica y académica en virtud de la información especializada que ofrece.Asimismo, es el principal vehículo de divulgación del FIDE. Su quehacer está determinado por la responsa-

bilidad y misión que rigen al Fideicomiso y por los preceptos fundamentales de toda ética periodística y editorial. Al ser su misión educativa, no tiene afán de lucro, su objetivo es informar, orientar y capacitar en materia de uso racional de la energía y la eficiencia energética.

Lineamientos

1. ASPECTOS GENERALESa. Los trabajos deberán ser artículos de investigación original, estudio de caso, de actualización, de revisión,

históricos, reseñas críticas, estudios y reportes de casos, crónicas de eventos, ponencias, infografías o es-tudios fotográficos, sobre los temas englobados en la eficiencia energética.

b. Pueden considerarse trabajos no inéditos, en cuyo caso deberá indicarse de forma clara y citar el medio y fecha de publicación, así como contar con la autorización expresa de dicho medio.

c. Se debe enviar la versión definitiva. Se recomienda corroborar la información básica con la que se elaboró el artículo.

d. El envío compromete al autor a no someterlo simultáneamente a consideración de otras publicaciones. El artículo no podrá ser evaluado ni difundido en otros medios a partir del momento del envío y hasta que se dé respuesta en sentido afirmativo o negativo.

e. Los autores se hacen absolutamente responsables del contenido de sus colaboraciones y autorizan a la revista la inclusión de los mismos en su página electrónica de acceso abierto, y en cualquier otro medio que decida para lograr una mayor difusión.

f. El envío será de manera electrónica a través del correo oficial de la revista: [email protected]

2. FORMATOTodos los artículos deberán tener el siguiente formato:

• Enviarse en un archivo de Microsoft Word u otro procesador de textos.• Contar con la siguiente estructura: Título, autor o autores (nombres y apellidos, grado académico, cargo

desempeñado, institución, ciudad, país y correo electrónico), resumen (máximo 500 caracteres con espa-cios), desarrollo del texto y referencias bibliográficas.

• Extensión: variable, según el tipo de artículo.

COLABORACIONES EN LA REVISTA EFICIENCIA ENERGÉTICA

· Investigaciones originales: adelantos de investigación, estudios de caso o reseña crítica. No deberán ser menores a 7 000 caracteres ni mayores a 15 000.

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· Artículos para la sección internacional: la extensión de estos artículos puede variar de entre 3 000 y 9 000 caracteres, incluyendo espacios. Los textos se deberán entregar, preferentemente, en español.

• El estilo del documento será con fuente Arial 12 e interlineado sencillo.• Citas, referencias y notas: indicadas con subíndices, al pie de cada página.

· Libro: Apellido e inicial del nombre de los autores. (Año de publicación). Título del libro (en cursivas), número o tomo del volumen (si hubiera más de uno). Número de la edición (a partir de la segunda): lugar de la edición, editorial, año de publicación y paginación. Ejemplo: Torres E. (2011). Auditoría ambiental. Segunda edición, México: McGraw Hill, pp. 45-48.

· Artículos de revistas: Apellido e inicial del nombre de los autores. (Año de publicación). Título del artículo (entrecomillado), nombre de la revista (en cursivas), volumen, número, fecha de publicación y números de páginas. Ejemplo: Monnadieu, M. (2005). “Sistema de competencias sustentables”. Revista Facultad de Ingeniería. Universidad de Montevideo. Vol. 13. No. 2. Año 2002, pp. 92-96.

· Sitios web: ONU. (2001). Organización de las Naciones Unidas. División de desarrollo sustentable. Theme Indicator Framework. Disponible en: http://www.un.org/esa/sustdev/natlinfo/indicators/isdms2001/table4.htm

• Tablas, figuras, ilustraciones y gráficas: incluidas en el texto donde correspondan, numeradas por tipo (Fi-gura 1, Figura 2; Tabla 1, Tabla 2; Gráfica 1, Gráfica 2), con su pie correspondiente y con la fuente indicada.

• Fotografías: enviar por separado, en formato JPEG a colores con resolución 300 dpi, con breve descripción a manera de referencia.

• En el caso de las tablas, figuras y gráficas, puede llegar a requerirse que se envíe el archivo original donde se construyeron (hoja de cálculo, diapositivas, etc.).

3. SECCIONESLas siguientes secciones de la revista se encuentran abiertas para colaboraciones:

• Investigación: en este espacio se publican investigaciones originales, adelantos de investigación, estudios de caso y reseñas críticas de investigaciones publicadas. Los textos deberán cumplir con la siguiente estructura:

· Título· Resumen· Introducción· Resultados· Conclusiones· Fuentes bibliográficas

• Difusión: este apartado está reservado para artículos de difusión científica en materia de eficiencia energética.• Internacional: esta sección publica estudios de caso, reportes de buenas prácticas o informes de programas

gubernamentales en materia de eficiencia energética, todos realizados fuera de México (sin importar si los autores son mexicanos o no). Los textos de preferencia deben ser entregados en español.

Revista Eficiencia Energética ISSN 2007-7505Fideicomiso para el Ahorro de Energía Eléctrica

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La Revista Eficiencia Energética es una publicación del Fideicomiso para el Ahorro de Energía Eléctrica sin fines de lucro

¿ S a b í a s q u e . . . ?

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Costa Rica:menos es másComo una medida para disminuir los efectos del cambio climático, la mayoría de los go-biernos se han fijado metas a largo y mediano plazo para disminuir el uso de combusti-bles fósiles, sobre todo en lo tocante a la generación de energía eléctrica. Sin embargo, algunos países han sido más ambiciosos; tal es el caso de Costa Rica. Durante 2015, y gracias a la inversión sostenida en el uso de energías renovables, logró generar 98.95% de su consumo energético de manera limpia y sustentable. De acuerdo con el Instituto Costarricense de Electricidad (ICE), de los 10 265.51 gigawatts que se generaron hasta el 17 de diciembre, solo 108.12 requirieron de encender las plantas térmicas, alimentadas por diésel o búnker de petróleo.Fuente: Revista Eólica y del Vehículo Eléctrico

Biomasa a partir de nopal

El estado de Aguascalientes es la primera entidad en contar con una planta generadora de energía eléctrica que funciona a partir de la biomasa de nopal. Esta planta, ubicada en la comu-nidad de El Salitre, en el municipio de Calvillo, funciona a partir del biogás que producen las pencas maduras de nopal que son trituradas y almacenadas en biodigestores. Dicho biogás posee un contenido de metano de 60% que, al entrar de manera di-recta al motogenerador, produce la electricidad requerida. Este innovador proyecto fue impulsado por el gobierno de la Repú-blica a través de la Sagarpa y el Instituto Nacional de Investi-gaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), en coordi-nación con la empresa Cooperativa La Cruz Azul.Fuente: Sagarpa

Agua sucia, energía limpia

El tratamiento de aguas residuales tiene dos grandes desventajas: produce emisiones de bióxido de carbono y consume una cantidad significativa de electricidad en el proceso. Sin embargo, esto puede estar a punto de cambiar. Ingenieros de la Universidad de Colorado se encuentran perfeccionando un nuevo tratamiento de aguas re-siduales que, además de mitigar las emisiones de bióxido de car-bono, también captura gases de efecto invernadero. Este método, conocido como Microbial Electrolytic Carbon Capture (MECC), pu-rifica el agua mediante una reacción electroquímica, absorbiendo más CO2 del que libera y creando energía en el proceso. Un siste-ma que, de lograr implementarse a gran escala, podría beneficiar tanto a la industria como al medioambiente.Fuente: Alternet

B i t á c o r a

Durante el primer trimestre del año están agendados diversos eventos, tanto nacionales como internacionales, para fortalecer la promoción del ahorro y uso eficiente de la energía eléctrica, fomentar el uso de energías renovables, incrementar las oportunidades de negocio, así como presentar nuevos productos, servicios, avances científicos y tecnológicos.

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E N E R O

MEXICO ENERGY OIL GAS POWER 2016 Uno de los eventos más significativos de la industria del petróleo, gas y elec-tricidad en el país. Combinará conferencias de clase mundial encabezadas por los actores más destacados del medio energético mexicano e internacional con un área de exposición donde se mostrará lo más novedoso en servicios y bie-nes del mercado, con el propósito de incentivar la generación de relaciones estratégicas entre las empresas nacionales e internacionales.Fecha: Del 26 al 28 de eneroLugar: Centro Banamex, Ciudad de Méxicowww.energymexico.mx WORLD FUTURE ENERGY SUMMIT - CUMBRE MUNDIAL DE LA ENERGÍALa reunión más grande del sector en el Medio Oriente. Este evento impulsa so-luciones prácticas a los problemas energéticos del mundo. En esta edición se espera la asistencia de 30 mil delegados de 170 países diferentes. Fecha: 18 al 21 de eneroLugar: Centro Nacional de Exhibición de Abu Dhabi (ADNEC), Emiratos Árabeswww.worldfutureenergysummit.com

F E B R E R O

EXPO MANUFACTURAEncuentro para profesionales de grandes, medianas y pequeñas empresas ma-nufactureras en busca de soluciones eficientes de producción. Esta exposi-ción busca potenciar aún más las capacidades que poseen las industrias de la transformación y de la manufactura, especialmente en la región norte del país. Fecha: Del 2 al 4 de febreroLugar: Cintermex, Nuevo Leónwww.expomanufactura.com.mx

4TH MEXICO ELECTRIC POWER SUMMITCumbre de negocios para los principales actores del sector eléctrico, inclu-yendo autoridades gubernamentales y reguladores, operadores, proveedores y entidades de financiamiento.Fecha: 10 y 11 de febreroLugar: Por confirmar, Ciudad de Méxicoevents.bnamericas.com/bnamericas_events/4mexicoelectricpowersummit/

PAN AMERICAN MATURE FIELDS CONGRESS 2016Evento que reunirá a expertos y líderes de más de diez países para discutir lo último en tecnología y mejores prácticas en las áreas de producción, EOR/IOR, rentabilidad, entre otros aspectos y actividades.Fecha: De 17 al 19 de febreroLugar: World Trade Center, Veracruzmaturefieldscongress.com

EXPO LIGHTING AMERICA ELAForo de negocios para la industria de iluminación profesional en México. Re-úne a los principales fabricantes y distribuidores de iluminación y tecnologías relacionadas, ofreciendo grandes oportunidades de negocio.Fecha: Del 24 al 26 de febreroLugar: Centro Banamex, Ciudad de Méxicowww.expolightingamerica.com

MEXICO WINDPOWER 2016Considerado uno los encuentros de negocios más importantes del sector de energías renovables a nivel internacional en nuestro país.Fecha: 24 y 25 de febreroLugar: Centro Banamex, Ciudad de Méxicowww.mexicowindpower.com.mx

M A R Z O

EXPO CIHAC 2016Exposición dirigida a la industria de la construcción en América Latina, presenta lo último en productos, tecno-logías e innovaciones sustentables para motivar la capa-cidad emprendedora, creatividad, e inversión productiva generadora de actividad económica y empleo.Fecha: Del 8 al 10 de marzoLugar: Expo Guadalajara, Jaliscowww.expocihac.com

EXPO ELÉCTRICA OCCIDENTE 2016Espacio de negocios del ramo de manufactura y comer-cialización de material eléctrico, equipo eléctrico y de iluminación. Fecha: Del 8 al 10 de marzoLugar: Centro Banamex, Ciudad de Méxicoexpoelectrica.com.mx/Occidente/

ELECTRI.Q Expo Congreso Nacional de Contratistas de Obras Electro-mecánicas de Querétaro desarrolla talleres y conferencias de vanguardia en la industria eléctrica a nivel nacional.Fecha: 10 y 11 de marzoLugar: Centro de Congresos, Querétarowww.electriq.com.mx

FOREIGN AFFAIRS LIVE: MEXICO’S ENERGY FUTUREA lo largo de este día se realizarán paneles que analiza-rán la reforma energética desde diferentes ángulos. Los retos y oportunidades en los campos del petróleo y el gas ocuparán un lugar central en el evento, así como el futu-ro de las energías renovables en México. Fecha: 17 de marzoLugar: Council on Foreign Relations, Nueva York, Esta-dos Unidoswww.electriq.com.mx

A B R I L

EXPOSICIÓN Y CONFERENCIA DEL PETRÓLEO DE MÉXICO 2016Evento dirigido a la industria del petróleo y el gas que re-úne a los líderes clave de la industria y los proveedores de clase mundial. Fecha: Del 5 al 7 abrilLugar: Parque Tabasco, Villahermosapecomexpo.com

12.a EXPO FORO ELÉCTRICO CANAME, CFE, PEMEXCongreso de intercambio de experiencias, acontecimien-tos y mejores prácticas en el sector energético en Méxi-co. El evento anual más importante para los actores de la industria energética de nuestro país.Fecha: 15 y 16 de abrilLugar: World Trade Center, Veracruzwww.expoforoelectricocaname.org.mx

año 2 / número 9 / enero-marzo 2016 / $70 - fide.org.mx · néstor l. díaz consejo nacional de...

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